FPGA是可以先购买再设计的“万能”芯片。FPGA（Field-Programmable Gate Array）现场可编程门阵列，是在硅片上预先设计实现的具有可编程特性的集成电路，它能够按照设计职员的需求配置为指定的电路构造，让客户不必依赖由芯片制造商设计和制造的ASIC芯片。广泛运用在原型验证、通信、汽车电子、工业掌握、航空航天、数据中央等领域。
FPGA 硬件三大指标：制程、门级数及 SERDES 速率，配套 EDA 软件工具同样主要。比较 FPGA 产品可以从技能指标入手。从 FPGA 内部构造来看，紧张包括：可编程输入/输出单元（I/O）、可编程逻辑块（LC）、 完全的时钟管理（CMT）、 嵌入块式 RAM（BRAM）、 布线资源、内嵌的底层功能单元和专用硬件模块等。
根据赛灵思表露的数据，一个LUT6等效1.6个LC，一个LC对应几十到上百“门”， 1000万门约即是10万LC，即100K CLB级别FPGA。与ASIC不同的是，客户在选购FPGA产品不仅考虑硬件参数，配套EDA软件的性能也同样主要。目前海内厂商高端产品在硬件性能指标上均与赛灵思高端产品有较大差距。
相对付ASIC，FPGA具有 3 点上风：（1）可编辑，更灵巧、（2）产品上市韶光 短，节省了 ASIC 流片周期、（3）避免一次性工程用度，用量较小时具有本钱优 势。
（1）灵巧性：通过对 FPGA 编程，FPGA 能够实行ASIC能够实行的任何逻辑功能。FPGA的独特上风在于其灵巧性，即随时可以改变芯片功能，在技能还未成熟的阶段，这种特性能够降落产品的本钱与风险，在5G初期这种特性尤为主要。
（2）上市韶光：由于FPGA买来编程后既可直策应用，FPGA方案无需等待三个月至一年的芯片流片周期，为企业争取了产品上市韶光。 （3）本钱：FPGA与ASIC紧张差异在ASIC方案有固定本钱而FPGA方案险些 没有，在利用量小的时候，FPGA 方案由于无需支付一次性百万美元的流片本钱， 同时也不用承担流片失落败风险，FPGA方案的本钱低于ASIC，随着利用量的增加， FPGA方案在本钱上的上风逐渐缩小，超过某一利用量后，ASIC方案由于大量流 片产生了规模经济，在本钱上更有上风。
技能趋势：制程迭代驱动 33 年景长，平台型产品是未来
历史：1985年赛灵思发明FPGA以来，其容量提高了一万倍以上，速率提高了一 百倍以上，价格和能耗缩小了一千倍以上。受到前辈制程迭代的推动，FPGA的架构不断更新。1985年，Xilinx公司推出了环球第一款FPGA产品 XC2064，采 用2μm工艺，包含64个逻辑模块和85,000个晶体管，门数量不超过1000个。 比拟2016年赛灵思发布的VIRTEX UltraScale，16nm制程，系统逻辑单元最高达378万个。FPGA制程迭代在提高算力的同时降落了功耗，减小了芯片面积，推动了FPGA的性能提升。
未来：在技能趋势上，制程迭代+平台产品将是未来产品发展方向。我们仍旧看 好前辈制程带给FPGA的性能提升，同时新的产品形态（平台型产品）的涌现让FPGA性能有了进一步提升的可能。Xilinx和Intel相继发布ACAP和Agilex 平台型产品，根据Xilinx表露的数据，新的平台型产品速率超过当前最高速的 FPGA 20倍、比目前最快的CPU快100倍，该平台面向数据中央、有线网络、5G无线和 汽车驾驶赞助运用。产品进展方面， 2019年6月19日Versal AI Core及Versal Prime系列组件小规模出货，量产韶光估量在2019下半年。
技能、专利、人才壁垒高，国产替代迎难而上
技能壁垒高：半个IC设计公司+半个软件公司，硬件构造繁芜且良率低，软硬协
同再提研发难度。FPGA企业的硬件开拓部分属于范例的 IC 设计企业，与一样平常 IC 设计企业不同的是，由于FPGA硬件须要配套EDA软件一起利用，FPGA 公司通 常须要自行研发适配自家硬件的EDA软件，因此也算半个EDA软件公司。由于FPGA版图及布线繁芜，硬件设计难度较大，加之软件和硬件协同开拓，系统工 程的难度再升级。
核心专利被头部公司垄断，国产厂商披荆斩棘困难前行，专利有效期结束或带来 转机。在专利上国外厂商目前霸占绝对上风，Xilinx和Altera在FPGA领域的专利数近10,000个，而国产厂商如紫光同创专利数仅约200项，相差悬殊。未来随着部分专利的有效期结束，及国产厂商在新专利上的打破，专利上的垄断格局或 迎来转机。
半导体家当链国产化程度低，硬件自主可控进程难以阻挡，国产当自强。家当链 角度来看，硬件家当链中目前自主可控程度较低，尤其在高端半导体设备和材料领域，未来家当链高下游国产替代进程的推进也将助力国产FPGA加速发展。硬件部分上游：EDA+IP。硬件开拓用的EDA仍是Cadence、Synopsys 及Mentor Graphics，IP来源包括外部授权和内部开拓。 硬件部分下贱：代工厂+封测。个中代工厂海内厂商紧张与台积电及中芯国际互助，封测紧张和日月光等互助。
环球 63 亿美元市场，Xilinx 与 Altera 双寡头
FPGA是集成电路大家傍边的小领域，5G和AI为行业增长供应确定性，国产替
代叠加行业增长，国产FPGA市场腾飞在即。根据WSTS的数据，2018年环球 集成电路市场规模达到4,688亿美元，同期环球FPGA市场规模约63亿美元，仅 占集成电路市场约1.34%。市场虽小，但未来受益于5G根本举动步伐环球布局及 AI技能持续发展，FPGA行业需求量增长具确定性。行业增长下，国产替代进程将 进一步加速国产FPGA的增长。根据中国半导体行业协会的数据，2017 年海内FPGA市场国产率低于 1%，随着技能打破，国产FPGA腾飞在即。
环球FPGA市场规模持续攀升，亚太是FPGA紧张市场，未来家当发展可期。根 据Gartner的数据，环球FPGA市场规模2019年达到69亿美元，2025年达到 125亿美元，未来市场增速稳中有升。亚太区占比达到42%，是FPGA紧张市场，中国FPGA市场规模约100亿公民币，未来随着中国5G支配及AI技能发展，海内FPGA规模有望进一步扩大。
国外三巨子霸占90%环球市场，国产厂商暂时掉队。FPGA市场呈现双寡头垄断 格局，Xilinx和 Altera分别霸占环球市场56%和31%，在中国FPGA市场中，占 比也高达52%和28%，由于技能、资金、人才上的壁垒及FPGA量产带来的规模经济，行业领导者地位较为稳定。国产厂商目前在中国市场占比约 4%，未来随着国产厂商技能打破，FPGA领域国产替代或将是百亿级的机会，替代空间广阔。
5G+AI 催化行业增长，下贱需求欲乘风而起
通信、消费电子、汽车是FPGA下贱存量运用处景，市场规模持续增长。由于相对付ASIC的三方面上风（灵巧性、上市韶光、本钱），FPGA的下贱运用处景较为丰富，包括：ASIC原型设计、汽车、收发器、消费电子、数据中央、高性能计 算、工业、医疗、测试/丈量、有线/无线通信等。个中通信、消费电子和汽车是紧张运用处景，2017年三块场景FPGA需求占总需求比例达到 79.4%，市场规模持续扩大。
运用处景会保持分散的格局，ASIC在本钱上的规模经济限定了FPGA运用处景的集中度，FPGA不可替代性奠定市场根本。由于ASIC具有明显的规模经济，当单一芯片产品用量极大时（一样平常为超过10万片） ，利用ASIC方案将有本钱上风，因此 FPGA 的运用处景被限定在了用量小、技能不稳定、灵巧性需求高的领域，一旦技能成熟且需求放量，终端厂商就会考虑ASIC方案替代FPGA方案来降落本钱。但由于FPGA在用量小、技能不稳定及灵巧性需求高的领域具有不可替代性，FPGA的市场根本稳固，未来量的增长紧张看新技能带来的新周期。
国产FPGA厂商产品下贱运用处景更侧重消费电子，未来在通信市场的增长值得期待。根据Xilinx的年报，2019财年（财年结日为2019年3月30日）其产品终端运用处景及占比为通信（36%）、工业航空及国防（28%）、数据中央及封测医疗仿真（20%）、汽车广播及消费电子（15%）。而国产FPGA厂商由于产品性能相对掉队，在高端民用领域暂时不具有竞争力，但在LED显示、工业等领域出货量较大。随着海内厂商技能打破，未来在通信市场份额的提高将开启国产FPGA厂商增长。
环球 5G 浪潮席卷而来，FPGA 量价齐升在即
FPGA是5G根本举动步伐和终端设备的零部件，5G环球支配持续推进，基站、IoT、 终端设备、边缘打算的FPGA用量将显著提升。通信是FPGA下贱运用处景中规模最大的分支，根据MRFR的数据，FPGA通信市场规模 2017年达 23.5亿美元， 占整体FPGA运用市场比例超40%，2017-2025年CAGR估量 8%。环球5G根本 举动步伐培植进程下，FPGA作为核心零部件，用量也会随之提升，5G运用中，IoT、 终端设备及边缘打算领域的FPGA需求也将增长。未来在通信市场的增长具有确定性。
比较较CPU和GPU，通信领域FPGA在I/O 、运算速率及延迟上均具有上风。 在5G培植初期，FPGA可以被用于基站天线的收发器中，5G时期Massive MIMO技能让收发通道数从16T16R提高到64T64R乃至128T128R，FPGA可以用于多通道旗子暗记波束成形。目前业界在FPGA和ASIC方案的选择上具有差异，京信通信等公司采取更加灵巧的FPGA方案。
以一个64通道毫米波MIMO全DBF收发器为例，如图收发器分为两部分，左半 部分为中频&基带子系统，包涵Xilinx的Kintex-7 FPGA；右半部分为毫米波收发器射频前端，包涵中频振荡器及电源管理模组等。每一个基带子板(baseband daughter board)中都具有一块Xilinx’s Kintex-7 FPGA，2个双通道12-bitADC，1个4通道16-bit DAC，2个QSFP+光接口用于通用无线接入。
5G时期，FPGA面临价提量升。
价提：FPGA紧张用在收发器的基带中，5G时期由于通道数的增加，打算繁芜度增加，所用FPGA的规模将增加，由于FPGA的定价与片上资源正干系，未来通信领域FPGA单颗本钱也将上升，目前基站收发器中的FPGA单价常日在几百 元公民币的范围，未来有望进一步提高。收发器的紧张本钱和功耗由基带部分贡献，未来技能繁芜度将再次推升收发器本钱，进而传导到基站AAU价格上升。量增：5G带来的出货量提高来源于两方面：1. 通信基站数量提高带动FPGA 零部件用量提高。5G初期基站铺设数量环比提高，另一方面由于5G旗子暗记衰减较快， 小基站需求量巨大，未来十年有望超1000万座，同比4G期间增长明显。2. 单基站FPGA用量提高带动FPGA通信市场用量整体提高。由于5G Massive MIMO的高并发处理需求，单基站FPGA用量有望从 4G期间2-3块提高到5G期间4-5块，将带动FPGA整体用量。
自动驾驶渐成熟，增量空间大门打开
汽车半导体389亿市场规模，FPGA目前仅占2.4%，自动驾驶发展将提高 FPGA代价占比。汽车芯片分为主控芯片和功能芯片（MCU）。主控芯片包括 GPU、 FPGA、 ASIC 等，FPGA在汽车多个领域都有运用，尤其在相机和传感器中的运用已经相 对成熟。根据Bloomberg数据，汽车半导体市场规模 2017年达到388.6亿美元， 个中FPGA为9.5亿美元，占比仅2.44%。FPGA 依托其灵巧性及并行处理能力， 在汽车的摄像头及激光雷达领域运用广泛。自动驾驶技能的发展将提高FPGA在汽车半导体中的代价占比。
FPGA巨子抢道智能驾驶，L5级产品值得期待。目前赛灵思布局紧张在L1-L3， NAVIDA和Intel的最新系列产品剑指L5完备自动驾驶。但是由于政策影响加上自动驾驶事件频发，纵然技能达到L5级别，仍无法在环球道路上实现L5操作。 2018年赛灵思完成对深鉴科技的收购后进一步加强其在汽车领域的布局。目前赛 灵思的FPGA自动驾驶办理方案的客户包括百度、海康威视、中科慧眼、元橡科技、纵目科技等。截至2018年，赛灵思的产品在29个OEM品牌的 111种车型上得到了运用。在激光雷达芯片领域，赛灵思霸占约 90%的市场。
FPGA 在未来汽车中紧张运用在ADAS/AD系统、马达掌握、激光雷达、车载信息娱乐系统和驾驶员信息系统，成长空间可期。以FPGA巨子Xilinx为例，赛灵 思在汽车上已经形成了自天生熟的闭环的生态系统，供应从高等驾驶员赞助驾系统（ADAS）、自动驾驶(AD)、激光雷达到车载信息娱乐系统（IVI）和驾驶员信息（DI）的全方面支持。ADAS/AD领域是赛灵思未来中长期的增长点。而汽车级ACAP 平台的推出则是实现自动化驾驶L4的根本。未来智能驾驶技能逐渐成 熟，FPGA用量提升空间巨大。
数据中央支配FPGA，AI加速卡拉动FPGA需求
数据中央逻辑芯片是百亿美元市场，低延迟+高吞吐奠定FPGA核心上风。根据 Intel表露的数据，数据中央领域逻辑芯片市场规模2017年达25亿美元，2022 年有望达到80-100亿美元。数据中央FPGA紧张用在硬件加速，比较GPU，FPGA在数据中央的核心上风在于低延迟及高吞吐。微软Catapult项目在数据中央利用FPGA代替CPU方案后，处理Bing的自定义算法时快出40倍，加速效果显著。 数据中央对芯片性能有较高哀求，硬件即做事模式下，未来更多数据中央采纳。
FPGA 方案将提高 FPGA 在数据中央芯片中的代价占比。
AI场景中FPGA市场规模2023年有望达52亿美元，未来五年复合增速达38.4%。
FPGA由于其灵巧性及高速运算能力，在AI加速卡领域运用广泛，根据 Semico Research的数据，AI领域FPGA市场规模2023年有望达52亿美元，比较于目前63亿美元的FPGA市场，AI领域的运用不可小觑。
FPGA在AI领域处理效率及灵巧性具有显著上风，未来伴随AI技能发展迎来增 长。在加速二值化神经网络（BNN）中比较FPGA、CPU、GPU 和ASIC，FPGA供应了超过CPU和GPU的效率。纵然CPU和GPU供应高峰理论性能，它们也没有得到有效利用，由于BNN依赖于更适宜定制硬件的二进制bit级操作。只管ASIC仍旧更高效，但FPGA具有更高的灵巧性，无需锁定固定的ASIC办理方案。
国产替代叠加行业增长，国产厂商将进入增长快车道
环球FPGA市场在5G和AI两大驱动因子下未来估量享有稳健增长，而目前海内 100亿公民币市场中，国产厂商占比仅4%，国产率极低。未来随着国产FPGA 厂商技能打破，国产替代进程下，替代厂商增速有望显著高于行业均匀，估值和 古迹有望双增。我们认为国产替代仍是FPGA行业投资主线，建议关注国产FPGA厂商及其干系公司的投资机会。
海内FPGA厂商紧张有8家：紫光同创、国微电子、成都华微电子、安路科技、 智多晶、高云半导体、上海复旦微电子和京微齐力。目前营收规模均较小，国产FPGA目前还处于起步期，专利数和国外企业有较大差距。产品角度来看，国产FPGA在硬件性能指标上也远掉队于Xilinx及Altera。
近年来国产FPGA虽掉队但追赶进度较快，继紫光同创开拓出中国唯一一款自处产权千万门级高性能FPGA PGT180H以来，上海复旦微电子于2018年5月在第二届中国高校科技成果交易会上发布了新一代自主知识产权亿门级FPGA 产品， 新产品，补充了海内超大规模亿门级FPGA的空缺。未来随着更多企业技能打破，国产替代进程将持续推进。
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